Representación Ontológica de
Objetos Geográficos basadas
en Descripciones Semánticas
Centro de Investigación en Computación, IPN
Miguel Jesús Torres Ruiz
Contenido
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Motivación
Objetivos
Introducción
Justificación del tema
Estado del arte
Metodología propuesta
Posibles aportaciones
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Motivación (1)
 Muchos problemas relacionados con datos geoespaciales están centralizados en:
–
–
–
–
–
–
Intercambio de datos geo-espaciales
Representación formal de datos geo-espaciales
Integración de datos geo-espaciales
Heterogeneidad semántica
Procesamiento de objetos geo-espaciales imprecisos
Interoperabilidad semántica entre datos espaciales
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Motivación (2)
 La investigación está enfocada en el
procesamiento de datos geo-espaciales
imprecisos:
 Haciendo uso de ontologías
 Buscar una representación alternativa de los datos
geo-espaciales:
– Proporcionar descripciones de objetos geográficos en
mapas vectoriales cartográficos.
– Solucionar en forma parcial la integración y el
intercambio de datos geo-espaciales.
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Motivación (3)
 Existen diversas fuentes de imprecisión:
–
–
–
–
–
Diferentes escalas
Diversos niveles de resolución
Características atributivas y espaciales y temporales
Geo-información incompleta
Entre otras …
 Importante considerar representaciones
alternativas para los objetos geográficos:
– Independientes de la naturaleza imprecisa de los
datos geo-espaciales.
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Objetivo (1)
 Definir la semántica espacial para la correcta
representación de los objetos geográficos:
 Por medio de una ontología espacial, la cual será
generada a partir de las propiedades y relaciones que
componen a un sistema de objetos geográficos en
particular y,
 Sirva para generar una descripción compuesta por
operadores o esquemas conceptuales que
representen a un conjunto de entidades geográficas
de acuerdo a un contexto específico.
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Objetivo (2)
• Particulares:
– Proponer y formalizar una definición de semántica
espacial, la cual pueda aplicarse a la correcta
representación de los objetos espaciales.
– Definir una ontología base que proporcione los
conceptos básicos de las primitivas de
representación espacial, por medio de sus
propiedades y relaciones.
– Analizar las relaciones y propiedades que componen
a un sistema de objetos espacial, de acuerdo con los
estándares que proporciona el INEGI para un caso
de estudio en particular.
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Objetivo (3)
• Particulares:
– Describir las propiedades y relaciones para definir el
conocimiento a priori de un sistema de objetos
espacial a partir del caso de estudio (mapas
topográficos).
– Diseñar un mecanismo de interacción automático y/o
semi-automático que permita hacer descripciones
semánticas de los objetos geográficos a partir de una
ontología espacial (geo-ontología).
– Diseñar un mecanismo que permita medir el
contenido semántico de las descripciones generadas.
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Introducción (1)
 Bases de Datos Geográficas no exploran la
semántica de los datos geo-espaciales.
 Problemas en la representación de los datos.
 Problemas en la integración de geo-información.
 Problemas de intercambio de datos geo-espaciales.
 ¿Qué se busca?
 Una representación formal alternativa de los datos
geo-espaciales.
 Proporcionar mecanismos de integración de geoinformación.
 Intercambio transparente de datos geo-espaciales.
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Introducción (2)
 ¿Cómo lograrlo?
 Generando una ontología espacial (base).
 Por medio del conocimiento a priori de los datos espaciales.
 De esta forma generar descripciones que permitan conocer el
contenido semántico y una representación alternativa
 Obtenido por las propiedades, relaciones y funciones de
los objetos geográficos en un contexto determinado.
 Definimos conocimiento a priori como:
 El conocimiento previo y registrado que se tiene sobre los
objetos geográficos (datos espaciales), ya sea por medio de
la experiencia humana (expertos en el área) o por un
conjunto de especificaciones explícitas (estándares
generados por INEGI).
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Introducción (3)
Ciudad de México
Entidad
dinámica
Inconsistencias
en el cálculo
de los límites
Límite = Objeto
geográfico impreciso
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Introducción (4)
Fuentes de datos
diversas y dispersas
Control de crecimiento urbano
GIS
Sitio 1
Dificultades en
la integración
GIS
Sitio 2
…
GIS
Sitio n
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Introducción (5)

Consideramos dos conceptos
espaciales de una posible ontología:

Lago
Esta situación es causada por el hecho de
que los modelos de las BDEs no soportan
Parcela
difusos,
 Productolímites
de convenciones
socialeslo cual es requerido para
establecidas, su existencia depende de
distinguir objetos con límites exactos
un contrato legal
(Parcelas) de objetos con límites
inexactos (Lagos)


Límite definido por un compromiso en
términos de la escala de presentación
Objeto Fiat
Ontología
Objeto Bona
Fide
Representación
Geométrica = Polígono
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Introducción (6)
 En resumen:
– Se intenta introducir una estructura basada en una
ontología, la cual permitirá integrar y representar la
geo-información de acuerdo con su semántica.
– Se propone que la integración de datos geoespaciales se realice a través de las propiedades,
relaciones y funciones que envuelven a los objetos
geográficos y que definen su semántica.
– La cual puede ser obtenida por medio de una
descripción a partir de una ontología base y en un
contexto específico.
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Justificación del tema (1)
 Hoy en día, las tendencias actuales en el área de la
Geocomputación se enfocan en el desarrollo de
herramientas GIS inteligentes.
 Línea de investigación:
 “Análisis y Síntesis Semántica Asociativa de Datos espaciales
 Área de aplicación:
 Correcta representación de objetos geográficos por medio de su
semántica, haciendo uso de una ontología espacial para generar una
descripción que refleje la semántica de los datos espaciales bajo un
contexto determinado.
 No existen trabajos orientados a:
 Representar datos geoespaciales con base en sus:
 Propiedades, relaciones y funciones por medio de una ontología
base que envuelva estas componentes.
 Diseño e implementación física de los datos geoespaciales.
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Estado del arte (1)
 Rodríguez et al., 1999
– Técnica de valoración de concordancias con base en la similitud
semántica entre objetos espaciales.
 Egenhofer et al., 1997
– Conocimiento geográfico “Geografía ingenua”.
 Guarino et al., 2000
– Ontología es un sistema lógico formal, introduce el término de
“Ontology-Driven Information Systems”.
 Nunes, 1991
– Puntualiza que el primer paso en la construcción de GIS de
nueva generación sería
• Creación de una colección y especificación sistemática de las
entidades geográficas, sus propiedades y relaciones
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Estado del arte (2)
 Smith et al.,1998
– Afirma que las ontologías juegan un rol esencial en la
construcción de GIS
• Permiten el establecimiento de correspondencias e
interrelaciones entre los diferentes dominios de entidades y
relaciones espaciales.
 Frank, 1997
– Piensa que el uso de ontologías contribuirán a:
• Mejores SI evitando problemas como:
• Inconsistencias entre ontologías implícitamente embebidas
en GIS (usuarios y modeladores).
• Conflictos entre conceptos ontológicos y la implementación
de aplicaciones geográficas.
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Estado del arte (3)
 Fonseca, 2001
– Propone una estructura para el desarrollo de
aplicaciones geográficas utilizando
ontologías:
• La estructura de trabajo basada en ontologías
para la integración de datos espaciales.
– Integrar ontologías con enlaces a fuentes de geoinformación por medio de su significado.
• Realizar la integración por niveles:
– Formal, dominio y de aplicación.
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Estado del arte (4)
 Las ontologías son clasificadas de acuerdo con su
dependencia sobre una tarea específica o punto de
vista:
– Ontologías de alto nivel
• Describen conceptos muy generales.
– i.e. una teoría de partes y formas y su relación con la topología llamada
mereotopología.
– Ontologías de dominio
• Describen el vocabulario relacionado a un dominio genérico.
– i.e. percepción remota, planeación urbana.
– Ontologías de tarea
• Describen una tarea o actividad.
– Interpretación de una imagen, valoración de la contaminación.
– Ontologías de aplicación
• Describen conceptos dependiendo de su dominio particular y de su
tarea y son usualmente una especialización.
– Representan las necesidades de los usuarios con respecto a una
aplicación específica.
» i.e. hacer una valoración de la abundancia de langostas en el
Golfo de Maine, usando imágenes de satélite.
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Metodología propuesta (1)
 Problemática
– Geocomputación se enfoca principalmente en
encontrar nuevos mecanismos alternativos para
representar la geo-información
• Adecuada representación de objetos geográficos desde su
entrada hasta su visualización para procesamientos
subsecuentes.
• Información no representada en forma “adecuada”, genera
ambigüedades.
• Información imprecisa, heterogénea y dispersa.
• No se cuentan con herramientas para explorar las
propiedades, relaciones y funciones esenciales de los datos
espaciales.
• No existen mecanismos para definir, representar y describir
la semántica de los mapas de acuerdo a sus propiedades,
relaciones y funciones.
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Metodología propuesta (2)
 Se busca:
– Encontrar una definición formal para la semántica
espacial o la semántica de los mapas, considerando:
• Un conjunto suficiente de propiedades, relaciones y
funciones que determinen el comportamiento de los objetos
geográficos,
– Para describir su semántica por medio de una ontología
espacial.
• Se busca realizar una conceptualización de los datos para
mejorar los mecanismos de representación, integración y
descripción de los mapas
– Evitando ambigüedades en la medida de lo posible para mapas
topográficos.
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Metodología propuesta (3)
 Hipótesis:
– Un modelo que genera descripciones
espaciales a partir de una ontología espacial,
proporciona la semántica espacial de un
sistema de objetos geográficos (mapa), de
acuerdo con un contexto específico.
• Denominado: “Modelo de descripción y
procesamiento semántico asociativo para datos
espaciales”.
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Metodología propuesta (4)
Formalizar
Formalizar la definición
de un mapa de acuerdo
con los O.G. involucrados
en la partición
Semántica de
un mapa
Describir
Formalizar
Significado (vocabulario
gráfico definido en
forma gráfica del contenido
y cantidad de información
de los O.G.)
Involucrar
Basada
Definir
Características
esenciales de los
datos espaciales
Ontología de Dominio
Descripciones
conceptuales
de mapas
Integrar
Describir
Compartir
Representar
Clases
Tipo
Medida
Sistema de referencia
Relaciones espaciales
Objeto
Tiene
Generar
Propiedades
Relaciones
Funciones
Basada
Conceptos
Terminales
Conceptos
No terminales
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Metodología propuesta (5)
 Se propone definir dos términos nuevos en la
ontología:
– Conceptos terminales (CT)
• Son aquellos que no utilizan otros conceptos para definir su
significado (pueden estar definidos por valores simples).
– Conceptos no terminales (CN)
• Estos definen su significado basándose en otros conceptos,
los cuales pueden ser CT o CN.
 Las relaciones involucradas en la ontología
hasta el momento serían:
– “has” (Γ)
– “is-a” (Φ)
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Metodología propuesta (9)
CN relación CT
HWY is-a Linear Object
Fw3 Intersecta Hw2
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¡Gracias!
Miguel Torres
[email protected]
[email protected]
www.geosco.org
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